MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798311963169
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■035    ▼a(MiAaPQ)Stanfordvw573sb2840
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621.3
■1001  ▼aLiang,  Ethan  Mark.
■24510▼aShaping  for  Optical  Direct-Detection  Links
■260    ▼a[Sl]▼bStanford  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a197  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Kahn,  Joseph.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2025.
■520    ▼aThere  is  a  clear  and  pressing  need  for  energy-efficient  modulation  methods  to  enable  the  next  generation  of  optical  direct  detection-based  links.  Geometric  and  probabilistic  shaping  are  two  classes  of  techniques  that  can  improve  receiver  sensitivity  and  dispersion  tolerance  for  these  optical  links.  This  dissertation  advances  the  theory  and  practice  of  geometric  shaping  and  probabilistic  shaping  for  several  types  of  direct  detection  receivers,  including  the  standard  direct  detection  receiver,  the  Stokes  vector  receiver,  and  the  Kramers-Kronig  receiver.Chapter  1  introduces  the  broad  fields  of  communications  and  information  theory  before  more  narrowly  focusing  on  direct  detection  methods  in  optical  communications.Chapter  2  discusses  intra-data  center  links,  which  are  subject  to  transmission  impairments  that  pose  challenges  for  efficient  scaling  of  per-wavelength  data  rates  beyond  100  Gb/s.  Limited  electrical  and  optical  component  bandwidths,  limited  data  converter  resolution,  and  component  nonlinearity  induce  significant  signal-dependent  distortion,  degrading  receiver  sensitivity  (RS)  and  chromatic  dispersion  tolerance.  Chapter  2  presents  a  geometric  shaping  (GS)  scheme  that  optimizes  transmitted  intensity  levels  based  on  symbol-error  statistics  observed  at  the  receiver.  The  proposed  GS  scheme  adjusts  these  levels  to  achieve  substantially  equal  symbol-error  probabilities  at  all  decision  thresholds.  The  scheme  enables  the  levels  most  affected  by  signal-dependent  distortion  to  be  detected  with  the  same  reliability  as  other  levels,  thereby  increasing  the  effectiveness  of  linear  or  nonlinear  equalization  techniques.  This  can  be  exploited  to  improve  RS  and  extend  transmission  distance  for  a  fixed  equalization  scheme  or,  alternatively,  to  reduce  the  complexity  of  signal  processing  needed  to  achieve  a  target  RS  or  transmission  distance.  For  example,  in  200  Gb/s  PAM  links,  GS  and  21-tap  linear  equalization  achieves  RS  and  reach  similar  to  uniform  level  spacing  and  Volterra  nonlinear  equalization  with  21  linear  and  3  second-order  taps.Chapter  3  discusses  shaping  with  continuous  and  discrete  channel  input  distributions  for  the  Stokes  vector  receiver  (SVR).  We  use  the  high-rate  continuous  approximation  (HCA)  to  derive  tight  analytical  approximations  to  the  optimal  continuous  input  distribution  at  high  signal-to-noise  ratio  (SNR).  The  HCA  analysis  finds  that  an  exponential  distribution  in  the  intensity  (corresponding  to  the  Stokes  parameter  S0)  is  the  optimal  continuous  input  distribution  for  thermal  noise-limited  and  amplifier  noise-limited  SVRs,  providing  ultimate  shaping  gains  of  1.056  dB  and  πe/6  ≈  1.533  dB,  respectively.  We  also  perform  numerical  studies  of  discrete  channel  input  distributions  obtained  using  the  Blahut-Arimoto  method  or  by  sampling  analytically  derived  continuous  distributions.  We  find  that  a  sampled  exponential  distribution  in  the  intensity  provides  0.078  dB  and  0.165  dB  higher  shaping  gains  than  a  sampled  Gaussian  distribution  of  the  SV  in  the  thermal  noise-limited  and  amplifier  noise-limited  regimes,  respectively.  We  also  compare  the  performance  of  the  SVR  to  that  of  a  dual-polarization  coherent  receiver.  We  show  that,  owing  to  noise  enhancement,  the  SVR  incurs  an  SNR  penalty  of  about  5.5  dB  with  respect  to  a  coherent  system  that  modulates  three  of  the  four  available  degrees  of  freedom.Chapter  4  presents  a  comprehensive  overview  of  probabilistic  shaping  distributions  for  optical  communications  in  the  high-rate  regime.  Probabilistic  shaping  is  widely  employed  in  local  oscillator-based  coherent  optical  systems  to  improve  receiver  sensitivity  and  provide  rate  adaptation.
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aElectrical  engineering
■690    ▼a0544
■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-12B.
■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17357141▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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